JP2004260343A - Small antenna system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる周波数帯域の電波の送受信特性と周波数マッチング特性とを有する小型アンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
無線通信機能は、近年パーソナルコンピュータ等の情報処理機器或いは携帯電話機やPDA(Personal Digital Assistance)等の通信端末機器ばかりでなく、各種の民生用電子機器、例えばオーディオ製品、ビデオ機器、カメラ機器、プリンタ或いはエンタテイメントロボット等にも搭載されている。無線通信機能は、電子機器ばかりでなく、例えば無線LAN用のアクセスポイント、PCMCIA仕様(Personal Computer Memory Card International Assosiation)カード、コンパクトフラッシュ(登録商標)カード、ミニPCI(Peripheral Component Interconnection)カード等のいわゆる小型のアクセサリカードにも搭載されることによりストレージ機能と無線通信機能とを備えた無線カードモジュールを構成している。
【0003】
無線通信方式としては、例えばIEEE802.11aで提案されている5.2GHz帯域の電波を用いる狭域無線通信システムやIEEE802.11bで提案されている2.4GHz帯域の電波を用いる無線LANシステム或いはBluetoohと称される近距離無線通信システム等の種々の無線通信方式が提案されている。各種電子機器や無線カードモジュール等においては、かかる周波数帯域を異にする複数の無線通信方式に対して接続を可能とするインターフェース仕様を有し、各周波数帯域の電波を送受信することが可能であることが必要となっている。無線カードモジュール等においては、複数の無線通信方式に対応するためにそれぞれの周波数帯域の電波を送受信可能とするアンテナが必要となるとともに、さらに異なる方向からの電波の送受信を可能とするダイバーシチ構成とするために各周波数帯域毎に配置を異にした2本のアンテナが必要となる。
【0004】
従来の無線カードモジュール100は、図7に示すようにカードサイズのモジュール基板101上に詳細を省略する通信制御部102や信号処理部103或いはメモリ部104等を有する回路部105が搭載されるとともに、モジュール基板101の長手方向の相対する両側領域にアンテナ部106とコネクタ部107とが設けられ、図示しないケースの内部に収納される。無線カードモジュール100は、コネクタ部107を本体機器に設けたスロットに装填することにより、コネクタ部107が本体機器側のコネクタ部と接続されて無線通信機能を含む所定の機能を付加する。
【0005】
無線カードモジュール100は、本体機器に装填された状態においてアンテナ部106が本体機器から露出されて、このアンテナ部106により電波を送受信する。無線カードモジュール100は、例えば上述した5.2GHz帯域と2.4GHz帯域の異なる周波数帯域の電波に対して送受信特性を有するとともに電波の方向特性すなわちダイバーシチ特性とを有する。したがって、無線カードモジュール100には、図7に示すようにアンテナ部106に、一対のアンテナ素子108,109とからなる5.2GHz帯域用の第1のアンテナ110と、一対のアンテナ素子111,112とからなる2.4GHz帯域用の第2のアンテナ113とが設けられている。
【0006】
無線カードモジュール100には、モジュール基板101のアンテナ部106において、幅方向に離間した一方領域に第1のアンテナ110が形成されるとともに他方領域に第2のアンテナ113が形成される。第1のアンテナ110は、モジュール基板101上に側縁に沿って長手方向にパターン形成されたアンテナ素子108と、このアンテナ素子108と直交して側端に沿ってパターン形成されたアンテナ素子109とからなる。第2のアンテナ113も、モジュール基板101上に側縁に沿って長手方向にパターン形成されたアンテナ素子111と、このアンテナ素子111と直交して側端に沿ってパターン形成されたアンテナ素子112とからなる。
【0007】
無線カードモジュール100においては、5.2GHz帯域と2.4GHz帯域の電波に対する送受信特性とダイバーシチ特性とを備えるために、上述したようにそれぞれ一対のアンテナ素子(108,109),(111,112)を互いに直交して配列してなる二組のアンテナ110,113をモジュール基板101上に形成しなければならない。かかる無線カードモジュール100は、アンテナ部106に大きな面積が必要となることから、小型化の実現が困難となるといった問題がある。
【0008】
また、図8に示した従来の無線カードモジュール120は、アンテナ部106に一対のチップアンテナ121,122が搭載されてなる。チップアンテナ121,122は、例えば体積が40mm3程度の超小型なセラミック誘電体アンテナからなり、それぞれ5.2GHz帯域と2.4GHz帯域の電波に対する送受信特性を有している。チップアンテナ121,122は、ダイバーシチ特性が付与されるようにモジュール基板101のアンテナ部106に配列されて実装される。
【0009】
無線カードモジュール120においては、超小型のチップアンテナ121,122を備えることで、本体機器からのアンテナ部106の突出量を低減するとともに小型軽量化が図られるようになる。しかしながら、無線カードモジュール120においては、チップアンテナ121,122が比較的高価であるためにコストが高くなるといった問題があった。また、無線カードモジュール120は、チップアンテナ121,122がモジュール基板101の基板サイズや本体機器の筐体の材質や比誘電率或いは間隔等の変化により生じる電磁界変化の影響を受けて特性が著しく変化するといった特性があり、この特性変化によってインピーダンスマッチングにズレが生じたり、利得が低下してしまうといったように実用特性に問題があった。
【0010】
図9に示した従来の無線カードモジュール130も、モジュール基板101のアンテナ部106に、幅方向に離間した一方領域に5.2GHz帯域用のダイバシチを構成する一対の第1のアンテナ131,132が形成されるとともに、他方領域に2.4GHz帯域用のダイバシチを構成する一対の第2のアンテナ133,134が形成されてなる。無線カードモジュール130は、これら第1のアンテナ131,132と第2のアンテナ133,134とが、それぞれいわゆる逆F形アンテナ(IFA:inverted F antena)或いは基板にF形パターンを直接形成したり金属薄板の板金加工によって形成したF型アンテナ素子を基板上に接合してなるいわゆる平面逆F型アンテナ(PIFA:plainer inverted F antena)によって構成される。
【0011】
無線カードモジュール130は、各逆F形アンテナ131〜134が、上述したチップアンテナ121,122と比較して、適用帯域が広く、本体機器の筐体金属部分等の影響による特性変化も少ないことから安定した性能を有する。無線カードモジュール130は、各逆F形アンテナ131〜134が、チップアンテナ121,122と比較して廉価に形成されることから、コストの低減が図られる。しかしながら、無線カードモジュール130は、例えば5.2GHz帯域に特性を有する第1のアンテナ131,132がそれぞれモジュール基板101上において1個当たり約150mm2程度の容積を必要とするとともに2.4GHz帯域に特性を有する第2のアンテナ133,134が配線基板上において1個当たり約300mm2程度の容積を必要とする。したがって、無線カードモジュール130においては、かかる逆F形アンテナ131〜134をモジュール基板101に形成することによって大型化するといった問題があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
発明者等は、上述した従来の小型アンテナ装置の問題を解決すべく、様々なアンテナ素子パターンについて鋭意検討を重ねてきた。図10及び図11に示した無線カードモジュール140は、詳細を後述する一端側を給電部とするとともに他端側をグランドに接続した不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子145を備えてなる。無線カードモジュール140も、モジュール基板141上に詳細を省略する通信制御部や信号処理部或いはメモリ部等を有する回路部142が搭載されるとともに、モジュール基板141の長手方向の一端側にコネクタ部143が設けられている。無線カードモジュール140には、図10に示すようにモジュール基板141のコネクタ部143と相対する他端側に位置してアンテナ基板144が搭載される。
【0013】
アンテナ基板144は、モジュール基板141の幅とほぼ同等の長さを有する矩形基板からなり、一方の主面上にアンテナ素子145と、給電ランド146及びグランドランド147が形成されている。給電ランド146とグランドランド147は、図11に示すようにアンテナ基板144のモジュール基板141との接続部を構成する下端部の略中央に位置して互いに絶縁を保持されて形成されている。
【0014】
アンテナ素子145は、給電ランド146から高さ方向に立上り形成された給電パターン部148と、この給電パターン部148と平行に対峙してグランドランド147から高さ方向に立上り形成されたグランドパターン部149と、これら給電パターン部148とグランドパターン部149とを接続した矩形ループ状のアンテナ素子パターン部150とからなる。アンテナ素子145は、これら給電パターン部148とグランドパターン部149及びアンテナ素子パターン部150とが、それぞれのパターン幅を全て1mmの同幅に形成され、また給電パターン部148とグランドパターン部149との間隔が約1mmとされる。
【0015】
アンテナ素子パターン部150は、給電パターン部148とグランドパターン部149の上端部に横長矩形枠状のループパターンを構成するようにして形成されてなる。アンテナ素子パターン部150は、アンテナ基板144の比誘電率を4.4とした場合に、その長さが例えば5.2GHz帯域と2.4GHz帯域との異なる2つの周波数帯の電波f1,f2に対してそれぞれの波長の約1/6、約1/3となるように形成されている。
【0016】
以上のように構成されたアンテナ基板144は、アンテナ素子145が不平衡構造のループ状アンテナ素子パターンを構成することによって、従来の平衡型アンテナ素子パターンのように回路部142との間にバラン等を不要として構造の簡易化が図られる。アンテナ素子145は、上述した線路長を有することから第1の周波数帯と第2の周波数帯域とで共振を生じる。アンテナ基板144は、アンテナ素子145のアンテナ素子パターン部150をループ状としたことから、小型化が図られる。
【0017】
アンテナ素子145は、入出力周波数に対するリターンロス特性が、図12に示した特性図のようなシュミレーション結果を得る。なお、同特性図において、縦軸が利得(dB)、横軸が入力周波数(GHz)である。アンテナ素子145は、同図から明らかなように第1の周波数帯f1と第2の周波数帯域f2においてそれぞれ放射が発生する特性を有する。したがって、アンテナ素子145は、上述したようにループ状パターンによりアンテナ基板144の小容量化を実現するとともに、不平衡構造による5.2GHz帯域用と2.4GHz帯域用とに共用可能なマルチバンドアンテナを構成することが可能である。
【0018】
発明者等は、上述した無線カードモジュール140について、5.2GHz帯域と2.4GHz帯域とに送受信特性を有する不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子を基本にして、さらにその送受信特性の向上を図るべくマッチング特性の改善について検討を押し進めた。図13に示したアンテナ基板155は、アンテナ素子156が、上述したアンテナ基板144と同様に給電パターン部157とグランドパターン部158とを横長矩形枠状のループパターンからなるアンテナ素子パターン部159によって接続した不平衡構造からなる。
【0019】
アンテナ素子156は、給電パターン部157を高インピーダンス化することによってマッチング特性の対応が図られるようにした。すなわち、アンテナ素子156は、図13に示すように給電パターン部157のパターン幅w1がグランドパターン部158及びアンテナ素子パターン部159のパターン幅w2よりも幅狭となるようにw1<<w2に形成される。アンテナ素子156は、具体的にはグランドパターン部158とアンテナ素子パターン部159とのパターン幅w2を1mmのままとするが、給電パターン部157のパターン幅w1を0.1mmとして給電部を高インピーダンス化して周波数マッチング特性の向上を図るようにした。
【0020】
かかるアンテナ素子156は、入出力周波数に対するリターンロス特性が、図14に示した特性図のようなシュミレーション結果を得る。アンテナ素子156は、第1の周波数帯f1と第2の周波数帯域f2においてそれぞれ放射が発生する特性を有する。しかしながら、アンテナ素子156は、給電部を高インピーダンス化したにもかかわらず、上述したアンテナ素子145との比較ではさほど大きな有意差が奏せられなかった。したがって、アンテナ素子156においても、何らかの周波数マッチング手段を設けて特性向上を図る必要がある。
【0021】
したがって、本発明は、省スペース化と低コスト化を図って異なる周波数帯域の電波に対して高送受信特性を有する小型のアンテナ装置を提供することを目的に提案されたものである。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかる小型アンテナ装置は、幅狭の導体パターンからなり基端が給電部と接続された給電パターン部と、この給電パターン部の導体パターンに対して幅広の導体パターンからなり基端がグランド部と接続されたグランドパターン部と、所定の異なる周波数帯域の電波波長に対応する線路長を有して給電パターン部の自由端とグランドパターン部の自由端とをループ状に接続することによって開放ループパターンを構成するアンテナ素子パターン部と、給電パターン部から分岐されるとともにアンテナ素子パターン部に対して経路途中で接続されることによってその一部に閉ループパターンを構成する短絡パターン部とから構成されたアンテナ素子を備える。本発明にかかる小型アンテナ装置は、アンテナ素子パターン部が給電パターン部の導体パターンに対して幅広の導体パターンによって構成されるとともに、短絡パターン部が給電パターン部と同等の幅狭の導体パターンによって構成される。
【0023】
以上のように構成された本発明にかかる小型アンテナ装置によれば、所定の線路長を有する不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子パターン部を備えることによって、小容量化を図って異なる周波数帯域の電波に対する送受信特性を有することが可能となる。また、本発明にかかる小型アンテナ装置によれば、給電パターン部を幅狭の導体パターンにより形成することによって給電部の高インピーダンス化を図るとともに、短絡パターン部を形成してアンテナ素子パターン部の一部に閉ループパターンを構成して異なる周波数帯域の電波に対して電流変化を生じさせることにより周波数マッチング特性の向上が図られるようになる。したがって、本発明にかかる小型アンテナ装置によれば、省スペース化とコスト低減が図られるとともに、異なる周波数帯域の電波に対する送受信特性が大幅に向上されて無線カードモジュール等に好適に用いられる実用的なマルチバンド対応のアンテナ装置が実現される。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態として示した図1及び図2に示した無線カードモジュール1は、図示しない全体がカードサイズに形成された筐体内に、モジュール基板2と、詳細を後述する不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子10を設けたアンテナ基板3とが収納される。無線カードモジュール1には、モジュール基板2に詳細を省略する例えばストレージ機能用メモリ素子、ベースバンド信号処理用LSI或いは高周波信号処理用RFモジュール等を有する回路部4が搭載され、またこのモジュール基板2の一端側に位置してアンテナ基板3が直交状態で搭載されかつ他端側に位置してPCMCIA(Personal Commputer Memory Card International Assosiation)規格準拠のコネクタ部5が設けられている。
【0025】
無線カードモジュール1は、必要に応じてPCMCIA規格準拠のコネクタ部が内蔵されたパーソナルコンピュータやモバイル機器或いは各種の電子機器等に設けられたスロットに装填されることによって、この本体機器に所定の拡張機能や無線通信機能を付加する。また、無線カードモジュール1は、ストレージ機能を有しており本体機器との間でデータ等の授受も行われる。無線カードモジュール1は、その他の機能について従来のカードモジュールと同等の機能を有する。
【0026】
無線カードモジュール1は、アンテナ基板3を搭載したモジュール基板2の端部を外部に突出させるようにして本体機器のスロットに装填される。無線カードモジュール1は、アンテナ基板3に設けたアンテナ素子10が、2種類の周波数帯域、例えば5.2GHz帯域と2.4GHz帯域の電波長に対応する線路長を有することでこれら電波の送受信特性を有するとともに、例えば各周波数毎に一対を形成することによってダイバーシチ特性を有して、本体機器にかかる無線通信機能を付加する。
【0027】
無線カードモジュール1は、アンテナ基板3が、例えば一般的なプリント基板用として通常用いられる比較的廉価なFR4グレード(耐熱グレード4:Flame Retardant Grade)の耐燃性ガラス基材エポキシ樹脂銅張積層基板が用いられる。勿論、アンテナ基板3は、例えばPETフィルム基板や、テフロン(登録商標)−セラミック複合基板或いはセラミック基板等の適宜の基板材を用いてもよい。アンテナ基板3は、高比誘電率基材を用いることにより、共振周波数を下げて小型化が図られるようになる。アンテナ基板3は、基板の比誘電率によってアンテナ素子10の線路長が適宜規定される。
【0028】
アンテナ基板3は、モジュール基板2の幅よりもやや短くかつ本体機器のスロットの開口形状よりもやや大きな外形寸法を有する矩形基板からなり、基材に張り合わされた銅箔に対して例えばフォトリソグラフ処理やエッチング処理を施す一般的なプリント配線技術によって、主面上に詳細を後述するアンテナ素子10がパターン形成される。なお、アンテナ素子10は、かかるプリント配線技術に限定されず、例えば金属薄板にプレス加工等を施して所定の形状に打ち抜いて形成し、これをアンテナ基板3に接合して構成するようにしてもよい。アンテナ基板3は、廉価な基板を用いるとともに簡易な工程によってアンテナ素子10が形成されることから、コスト低減が図られる。
【0029】
アンテナ基板3には、図2に示すようにモジュール基板2との接合部を構成する下端部の略中央に位置して、給電ランド6とグランドランド7とが形成されている。給電ランド6とグランドランド7とは、それぞれ矩形形状を呈するランドからなり相互の間隔W1が約1mmとされる。アンテナ基板3は、詳細を省略するが給電ランド6が回路部4の高周波信号処理部と接続されて給電を受けるとともに、グランドランド7がグランドパターンと接続されてモジュール基板2に搭載される。
【0030】
アンテナ素子10は、連続パターンからなる給電パターン部11と、グランドパターン部12と、アンテナ素子パターン部13と、短絡パターン部14とからなり、一端側が給電部とされるとともに他端側がグランド部とされた不平衡型の開放ループパターンとして構成される。アンテナ素子10は、グランドパターン部12とアンテナ素子パターン部13とがそれぞれのパターン幅W3,W4を約1mmとしたやや幅広のパターンとして形成されるとともに、給電パターン部11と短絡パターン部14とがそれぞれのパターン幅W2,W5を約0.1mmの幅狭のパターン幅に形成されている。
【0031】
給電パターン部11は、図2に示すように給電ランド6から高さ方向に立ち上がるパターンからなる。給電パターン部11は、幅広の給電ランド6に対してパターン幅を次第に幅狭とするように変化させながら接続することなく同幅で直接連設されたいわゆるステップ型接続構造を以ってパターン形成されている。給電パターン部11は、幅狭パターンとステップ型接続構造とにより、高インピーダンス化を図った構造となっている。グランドパターン部12は、給電パターン部11と平行に対峙しかつほぼ同一長さを有してグランドランド7から高さ方向に立上り形成されてなる。
【0032】
アンテナ素子パターン部13は、給電パターン部11とグランドパターン部12とに連設された横長矩形を呈してアンテナ基板3の主面上に形成されている。アンテナ素子パターン部13は、図2に示すように給電パターン部11の上端からアンテナ基板3の側方に向かって水平方向に直角に分岐された第1の水平短辺部位13aと、基板側端の近傍において第1の水平短辺部位13aから上方に向かって直角に折曲された第1の垂直短辺部位13bと、基板上端の近傍において第1の垂直短辺部位13bから直角に折曲されるとともに上端に沿って基板側端の近傍まで水平に延長された水平長辺部位13cと、基板側端の近傍において水平長辺部位13cから下方に向かって直角に折曲された第2の垂直短辺部位13dと、グランドパターン部12と略同一の高さ位置において第2の垂直短辺部位13dから内方に向かって直角に折曲されてグランドパターン部12と接続された第2の水平短辺部位13eとからなる。
【0033】
したがって、アンテナ素子パターン部13は、全体として横長矩形のループ形状を呈している。また、アンテナ素子パターン部13は、アンテナ基板3の比誘電率を4.4とした場合に、水平長辺部位13cの線路長Lが2.4GHz帯域の電波波長f1の1/6かつ5.2GHz帯域の電波波長f2の1/3となるように規定されて形成されている。なお、アンテナ素子パターン部13は、アンテナ基板3の比誘電率や適応周波数帯域に応じて適宜の長さに形成される。
【0034】
アンテナ素子パターン部13は、上述した横長矩形のループ形状に限定されるものでは無く、例えば楕円形や三角形等の適宜のループパターン形状としてもよい。アンテナ素子パターン部13は、この場合においても上述した線路長Lに保持されるとともに、パターン幅も1mmに形成される。
【0035】
短絡パターン部14は、図2に示すように給電パターン部11の上端をそのまま上方へと延長し、アンテナ素子パターン部13の水平長辺部位13cと接続ポイント15において接続された直線状の幅狭パターンからなる。したがって、短絡パターン部14は、開放ループパターンからなるアンテナ素子パターン部13の一部に、給電パターン部11−第1の水平短辺部位13a−第1の垂直短辺部位13b−水平長辺部位13cの接続ポイント15−給電パターン部11からなる閉ループパターン16を構成する。
【0036】
以上のように構成されたアンテナ素子10は、無線カードモジュール1が本体機器のスロットに装填されることによって、給電パターン部11を介して供給された通信電力を、アンテナ素子パターン部13において共振して放射する。アンテナ素子10は、外部から送信された電波をアンテナ素子パターン部13において受信し、5.2GHz帯域の電波及び2.4GHz帯域の電波について共振電流を励起して給電パターン部11を介して無線カードモジュール1に供給する。
【0037】
アンテナ素子10においては、上述した所定の線路長Lを有する不平衡構造のループ状パターンを有するアンテナ素子パターン部13の構成によって、5.2GHz帯域の電波と2.4GHz帯域の電波とに対する送受信特性が奏せられるようになる。また、アンテナ素子10においては、上述したように給電パターン部11を幅狭パターンで形成したことによって外付け部品を設けることなく高インピーダンス化されることから、2種類の周波数帯域の電波に対して送受信特性のマッチングが図られるようにする。さらに、アンテナ素子10においては、短絡パターン部14によってアンテナ素子パターン部13の一部に閉ループパターンを形成したことにより、2種類の周波数帯域の電波に応じて全体の開放ループパターンの全長が切り替えられて電流変化が生じるようになり、送受信特性のマッチングが図られるようにする。
【0038】
アンテナ素子10は、入出力周波数に対するリターンロス特性が、図3に示した特性図のようなシュミレーション結果を得る。なお、同特性図において、縦軸が利得(dB)、横軸が入出力周波数(GHz)である。アンテナ素子10は、同図から明らかなように第1の周波数帯域、すなわち2.4GHz帯域の電波f1と第2の周波数帯域、すなわち5.2GHz帯域の電波f2とにおいてそれぞれ共振が発生することで、これら電波に対する送受信特性を有する。アンテナ素子10は、5.2GHz帯域の電波f2の利得が約−12dB〜−13dBであり、上述したアンテナ素子150やアンテナ素子156との比較において大きな差異は無い。しかしながら、アンテナ素子10は、2.4GHz帯域の電波f2の利得が−16dB〜−18dBとなっており、上述したアンテナ素子150やアンテナ素子156と比較して送受信特性が大きく向上している。
【0039】
第2の実施の形態として図4及び図5に示したアンテナ基板20も、上述したアンテナ基板3と同様に、無線カードモジュール1の一端側に位置して直交状態で搭載される。アンテナ基板20にも、不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子21が形成された基本的な構成をアンテナ基板3と同様とし、対応する部位に同一符号を付すことによって説明を省略する。アンテナ素子21は、詳細を後述するようにより高インピーダンス化を図った給電パターン部22の構成に特徴を有している。
【0040】
すなわち、アンテナ素子21も、図4に示すように、上述したアンテナ素子10と同様に給電ランド6とグランドランド7との間で一体に連設された、幅狭の給電パターン部22と、幅広のグランドパターン部12と、幅広のアンテナ素子パターン部13及び幅狭の短絡パターン部14とからなり、全体が不平衡型の開放ループパターンを構成する。アンテナ素子21も、幅狭のパターンが約1mmのパターン幅で形成されるとともに、幅広のパターンが約0.1mmのパターン幅で形成される。
【0041】
アンテナ素子21も、短絡パターン部14によって全体として横長矩形で不平衡構造のループ状パターンを構成し、線路長Lが2.4GHz帯域の電波波長f1の1/6かつ5.2GHz帯域の電波波長f2の1/3に規定されて形成されている。アンテナ素子21にも、短絡パターン部14を形成したことによってアンテナ素子パターン部13の一部に閉ループパターン16が構成される。
【0042】
アンテナ素子21においては、上述したように給電パターン部22が幅狭のパターンによって形成されるとともに、その一部にインダクティブ線路部23が形成されることにより、さらに給電部の高インピーダンス化を図った構造となっている。インダクティブ線路部23は、具体的には図5に示すように同一パターン幅であり小対向間隔を以って左右方向に複数回折り返した構造の線路からなる。インダクティブ線路部23は、各折返し部位間の作用によって、インダクティブ線路を構成する。なお、インダクティブ線路部23は、かかる折返し線路構造に限定されず、例えばスパイラル型線路或いは鋸歯型線路等の適宜の線路によって構成するようにしてもよい。
【0043】
以上のように構成されたアンテナ素子21は、入出力周波数に対するリターンロス特性が、図6に示した特性図のようなシュミレーション結果を得る。なお、同特性図において、縦軸が利得(dB)、横軸が入出力周波数(GHz)である。アンテナ素子21は、同図から明らかなように第1の周波数帯域、すなわち2.4GHz帯域の電波f1と第2の周波数帯域、すなわち5.2GHz帯域の電波f2とにおいてそれぞれ共振が発生することで、これら電波に対する送受信特性を有する。アンテナ素子21は、5.2GHz帯域の電波f2の利得が約−12dB〜−13dBであり、上述したアンテナ素子10とほぼ同等である。アンテナ素子21は、2.4GHz帯域の電波f2の利得が約−22dB〜−23dBとなり、送受信特性が大きく向上している。
【0044】
なお、上述した無線カードモジュール1においては、モジュール基板2にアンテナ素子10、21を形成したアンテナ基板3,20を搭載するようにしたが、例えばモジュール基板側にも同様に構成されたアンテナ素子10やアンテナ素子21をパターン形成してもよい。無線カードモジュール1は、モジュール基板2側のアンテナ素子とアンテナ基板3,20側のアンテナ素子10,21とが互いに直交状態で配置されることによって偏波を変えたダイバシチアンテナを構成する。無線カードモジュール1は、複数個のチップアンテナを搭載してダイバシチアンテナを構成した場合と比較して、ほぼ同等の容量で実現可能でありかつ広帯域で機器の設計自由度を大幅に向上させるとともに低コスト化を図ることが可能である。
【0045】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかるアンテナ装置によれば、所定の線路長を有する不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子を備えることによって異なる周波数帯域の電波の送受信が可能とされるとともに、給電パターン部の高インピーダンス化と短絡パターン部によるアンテナ素子パターン部内の閉ループパターン形成との構成によりこれら異なる周波数帯域の電波に対するインピーダンスマッチングが図られて高精度の送受信特性を有することが可能となる。また、本発明にかかる小型アンテナ装置によれば、省スペース化とコスト低減が図られ、例えば無線カードモジュール等に好適に用いられる実用的なマルチバンド対応のアンテナ装置を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態として示す無線カードモジュールの斜視図である。
【図2】同アンテナ基板の正面図である。
【図3】アンテナ装置のリターンロス特性をシミュレーションした特性図である。
【図4】第2の実施の形態として示すアンテナ基板の正面図である。
【図5】インダクティブ線路部同の説明図である。
【図6】アンテナ装置のリターンロス特性をシミュレーションした特性図である。
【図7】従来のパターンアンテナが形成された無線カードモジュールの平面図である。
【図8】従来のチップアンテナを搭載した無線カードモジュールの平面図である。
【図9】従来の逆F型アンテナを搭載した無線カードモジュールの平面図である。
【図10】本発明の前提となるアンテナ装置を備える無線カードモジュールの斜視図である。
【図11】同アンテナ基板の正面図である。
【図12】アンテナ装置のリターンロス特性をシミュレーションした特性図である。
【図13】他のアンテナ基板の正面図である。
【図14】アンテナ装置のリターンロス特性をシミュレーションした特性図である。
【符号の説明】
1 無線カードモジュール、2 モジュール基板、3 アンテナ基板、4 回路部、5 コネクタ部、6 給電ランド、7 グランドランド、10 アンテナ素子、11 給電パターン部、12 グランドパターン部、13 アンテナ素子パターン部、14 短絡パターン部、15 接続ポイント、16 閉ループパターン、20 アンテナ基板、21 アンテナ素子、22 給電パターン部、23インダクティブ線路部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a small antenna device having transmission / reception characteristics of radio waves in different frequency bands and frequency matching characteristics.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the wireless communication function is not only an information processing device such as a personal computer or a communication terminal device such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistance), but also various consumer electronic devices such as audio products, video devices, camera devices, and printers. Alternatively, it is also mounted on an entertainment robot or the like. The wireless communication function includes not only electronic devices but also so-called wireless LAN access points, PCMCIA specification (Personal Computer Memory Card International Association) cards, compact flash (registered trademark) cards, mini PCI (Peripheral Component Interconnection) cards, and the like. A wireless card module having a storage function and a wireless communication function is configured by being mounted on a small accessory card.
[0003]
As a wireless communication method, for example, a narrow-area wireless communication system using radio waves in a 5.2 GHz band proposed in IEEE 802.11a, a wireless LAN system using radio waves in a 2.4 GHz band proposed in IEEE 802.11b, or Bluetooth Various wireless communication systems such as a short-range wireless communication system referred to as a short-range wireless communication system have been proposed. Various electronic devices, wireless card modules, and the like have an interface specification that enables connection to a plurality of wireless communication systems having different frequency bands, and can transmit and receive radio waves in each frequency band. It is necessary. In a wireless card module or the like, an antenna capable of transmitting and receiving radio waves in respective frequency bands is required to support a plurality of wireless communication schemes, and a diversity configuration capable of transmitting and receiving radio waves from different directions. Therefore, two antennas having different arrangements for each frequency band are required.
[0004]
As shown in FIG. 7, the conventional
[0005]
When the
[0006]
In the
[0007]
As described above, the
[0008]
The conventional
[0009]
Since the
[0010]
In the conventional
[0011]
In the
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The inventors have intensively studied various antenna element patterns in order to solve the above-described problem of the conventional small antenna device. The
[0013]
The
[0014]
The
[0015]
The antenna
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
The present inventors have further improved the transmission / reception characteristics of the above-described
[0019]
The
[0020]
With such an
[0021]
Therefore, the present invention has been proposed for the purpose of providing a small antenna device having high transmission / reception characteristics with respect to radio waves in different frequency bands while saving space and reducing cost.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
A small antenna device according to the present invention, which achieves the above-described object, includes a power supply pattern portion formed of a narrow conductor pattern and having a base end connected to a power supply portion, and a wide conductor pattern with respect to the conductor pattern of the power supply pattern portion. A ground pattern portion whose base end is connected to the ground portion, and a free end of the feed pattern portion and a free end of the ground pattern portion having a line length corresponding to a radio wave wavelength of a predetermined different frequency band are formed in a loop shape. And an antenna element pattern portion that forms an open loop pattern by being connected to the power supply pattern portion, and a short circuit that partially connects to the antenna element pattern portion to form a closed loop pattern by being connected to the antenna element pattern portion along the path. And an antenna element composed of a pattern section. In the small antenna device according to the present invention, the antenna element pattern portion is configured by a conductor pattern wider than the conductor pattern of the power supply pattern portion, and the short-circuit pattern portion is configured by a conductor pattern as narrow as the power supply pattern portion. Is done.
[0023]
According to the small antenna device of the present invention configured as described above, the antenna element pattern portion having an unbalanced structure having a predetermined line length is provided with an antenna element pattern portion. It is possible to have transmission / reception characteristics for band radio waves. Further, according to the small antenna device of the present invention, by forming the feed pattern portion with a narrow conductor pattern to increase the impedance of the feed portion, and forming a short-circuit pattern portion to form one of the antenna element pattern portions. By forming a closed loop pattern in the section and causing a current change in radio waves in different frequency bands, the frequency matching characteristics can be improved. Therefore, according to the small antenna device according to the present invention, space saving and cost reduction are achieved, and the transmission / reception characteristics with respect to radio waves in different frequency bands are significantly improved. A multi-band compatible antenna device is realized.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
In the
[0028]
The
[0029]
As shown in FIG. 2, the
[0030]
The
[0031]
The power
[0032]
The antenna
[0033]
Therefore, the antenna
[0034]
The antenna
[0035]
As shown in FIG. 2, the short-
[0036]
The
[0037]
In the
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
That is, as shown in FIG. 4, the
[0041]
The
[0042]
In the
[0043]
In the
[0044]
In the
[0045]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the antenna device of the present invention, it is possible to transmit and receive radio waves in different frequency bands by providing an antenna element having a loop pattern of an unbalanced structure having a predetermined line length. In addition, the impedance matching for the radio waves in these different frequency bands can be achieved by the configuration of the high impedance of the feeding pattern section and the formation of the closed loop pattern in the antenna element pattern section by the short-circuit pattern section, and it is possible to have high-precision transmission / reception characteristics It becomes. Further, according to the small antenna device of the present invention, space saving and cost reduction are achieved, and a practical multi-band compatible antenna device suitably used for, for example, a wireless card module or the like is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a wireless card module shown as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the antenna substrate.
FIG. 3 is a characteristic diagram simulating return loss characteristics of the antenna device.
FIG. 4 is a front view of an antenna substrate shown as a second embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the inductive line unit.
FIG. 6 is a characteristic diagram simulating return loss characteristics of the antenna device.
FIG. 7 is a plan view of a wireless card module on which a conventional pattern antenna is formed.
FIG. 8 is a plan view of a wireless card module equipped with a conventional chip antenna.
FIG. 9 is a plan view of a wireless card module equipped with a conventional inverted F-type antenna.
FIG. 10 is a perspective view of a wireless card module including an antenna device as a premise of the present invention.
FIG. 11 is a front view of the antenna substrate.
FIG. 12 is a characteristic diagram simulating return loss characteristics of the antenna device.
FIG. 13 is a front view of another antenna substrate.
FIG. 14 is a characteristic diagram simulating return loss characteristics of the antenna device.
[Explanation of symbols]
Claims (4)
上記給電パターン部の導体パターンに対して幅広の導体パターンからなり、基端がグランド部と接続されたグランドパターン部と、
上記給電パターン部の導体パターンに対して幅広の導体パターンからなり、所定の異なる複数の周波数帯域の電波波長に対応した線路長さを有して上記給電パターン部と上記グランドパターン部とにループ状に接続して不平衡型の開放ループパターンを構成するアンテナ素子パターン部と、
上記給電パターン部から分岐された幅狭の導体パターンからなり、上記アンテナ素子パターン部に対して経路途中で接続されてその一部に閉ループパターンを構成する短絡パターン部と
から構成されたアンテナ素子を備えることを特徴とする小型アンテナ装置。A power supply pattern portion made of a narrow conductor pattern, the base end of which is connected to the power supply portion;
A ground pattern portion made of a conductor pattern wider than the conductor pattern of the power supply pattern portion and having a base end connected to the ground portion,
It is formed of a conductor pattern wider than the conductor pattern of the power supply pattern section, has a line length corresponding to radio wave wavelengths in a plurality of predetermined different frequency bands, and is formed in a loop shape with the power supply pattern section and the ground pattern section. Connected to the antenna element pattern portion constituting an unbalanced open loop pattern,
An antenna element composed of a narrow conductor pattern branched from the power supply pattern section, connected to the antenna element pattern section in the middle of the path, and a short-circuit pattern section partially constituting a closed loop pattern. A small antenna device comprising:
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